นิวตริโน เป็นอนุภาคที่มีขนาดเล็กมากและยากต่อการตรวจจับ ปกติเครื่องมือที่ใช้ศึกษานิวตริโนจะมีขนาดใหญ่โตจนถึงขั้นต้องใช้ทะเลเปิดหรือเจาะแผ่นน้ำแข็งขั้วโลกใต้ เร็ว ๆ นี้การทดสอบการใช้ดาวเทียมขนาดเล็ก CubeSat ในการตรวจจับนิวตริโนจากอวกาศจริง ๆ
เมื่อวันที่ 3 พฤษภาคม 2026 จรวด Falcon 9 ของบริษัท SpaceX ได้ส่งดาวเทียม SNAPPY (Solar Neutrino And Astro-Particle PhYsics) ซึ่งเป็นดาวเทียมคิวบ์แซต (CubeSat) ขนาด 3U ขึ้นสู่อวกาศ ภารกิจดังกล่าวพัฒนาโดยทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยวิชิตาสเตต (Wichita State University) ศูนย์การบินอวกาศมาร์แชล (Marshall Space Flight Center) และห้องปฏิบัติการแรงขับเคลื่อนไอพ่น (Jet Propulsion Laboratory หรือ JPL) โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อทดสอบการทำงานของเครื่องตรวจจับนิวตริโนต้นแบบในอวกาศสำหรับภารกิจในอนาคต
ข้อจำกัดของการตรวจจับอนุภาคนิวตริโนบนโลก
นิวตริโนเป็นอนุภาคมูลฐานที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ณ แกนกลางของดวงอาทิตย์ มีคุณสมบัติเคลื่อนที่ทะลุผ่านมวลสารได้โดยแทบไม่เกิดปฏิกิริยาใด ๆ อนุภาคนี้จึงเป็นแหล่งข้อมูลปฐมภูมิที่บ่งชี้ถึงสถานะทางฟิสิกส์ภายในแกนกลางดวงอาทิตย์ได้อย่างแม่นยำ ในทางกลับกันคุณสมบัติดังกล่าวทำให้การตรวจจับอนุภาคชนิดนี้มีความท้าทายสูงมาก
บนโลกของเรามีสถานีตรวจจับอนุภาคนิวตริโนอยู่หลายแห่ง เช่น ไอซ์คิวบ์ (IceCube) ที่แอนตาร์กติกา หรือสถานีซูเปอร์คามิโอกันเดะ (Super-Kamiokande) ที่ญี่ปุ่น การตรวจจับอาศัยหลักการการแผ่รังสีเชเรนคอฟ (Cherenkov Radiation) ซึ่งจำเป็นต้องใช้ตัวกลางปริมาตรมหาศาล เช่น ชั้นน้ำแข็งปริมาตร 1 ลูกบาศก์กิโลเมตร หรือ ถังบรรจุน้ำบริสุทธิ์ขนาด 50,000 ตัน เพื่อเพิ่มอัตราความน่าจะเป็นในการชนของอนุภาค นอกจากนี้ยังต้องดำเนินการก่อสร้างโครงสร้างลึกลงไปใต้ผิวโลกเพื่อใช้ชั้นหินเป็นเกราะกำบัง (shielding) ในการกรองสัญญาณรบกวนของรังสีคอสมิกที่มาจากอวกาศ ให้เหลือเพียงแค่นิวตริโนที่เดินทางมาถึงอุปกรณ์ตรวจวัดที่เราต้องการที่จะทำการศึกษาเท่านั้น
แนวคิดการตรวจวัดนิวตริโนในอวกาศ อันที่จริงขัดต่อหลักการออกแบบของเครื่องมือตรวจวัดบนพื้นโลกที่เรากำลังทำกันอยู่มาก การนำเครื่องตรวจจับขึ้นสู่อวกาศหมายถึงเครื่องมือเหล่านั้นกำลังสูญเสียเกราะกำบังรังสีประเภทอื่นตามธรรมชาติ อีกทั้งยังมีข้อจำกัดด้านขนาดของอุปกรณ์ตรวจวัดเพื่อเพิ่มโอกาสในการตรวจจับ
ดาวเทียมในโครงการ SNAPPY จึงได้นำเสนอสถาปัตยกรรมเครื่องตรวจจับรูปแบบใหม่ที่อาศัยเทคนิคการแยกแยะอนุภาคซึ่งทำงานผ่านวัสดุเรืองแสง (scintillator) สองชั้น ได้แก่ แกโดลิเนียมอลูมินัมแกลเลียมการ์เน็ต (Gadolinium Aluminum Gallium Garnet หรือ GAGG) คอยทำหน้าที่เป็นตัวตรวจจับหลักด้านใน (inner detector) ออกแบบมาเพื่อตรวจวัดพลังงานและรูปแบบสัญญาณที่คาดว่าจะเกิดจากปฏิกิริยาของนิวตริโน เช่น สัญญาณแบบพัลส์คู่ และวีโต้ (Veto) ผลิตมาจากพอลิไวนิลทอลูอีน (polyvinyltoluene) ทำหน้าที่เป็นชั้นคัดกรองสัญญาณด้านนอก (outer shield) เพื่อดักจับและคัดแยกอนุภาคมีประจุอื่น ๆ
กลไกการทำงานอาศัยระบบตรรกะในการคัดกรองสัญญาณ (logic gate) หากอนุภาคที่มีประจุทั่วไปมาพุ่งชน ระบบวีโต้จะตรวจจับสัญญาณได้ ถือว่าข้อมูลดังกล่าวเป็นสัญญาณรบกวนและจะคัดทิ้ง แต่หากปรากฏสัญญาณเฉพาะในชั้น GAGG โดยที่ระบบ วีโต้ไม่มีการตอบสนอง เหตุการณ์นี้จะมีศักยภาพทางฟิสิกส์สูงว่าอาจจะเป็นนิวตริโน จากการทดสอบจำลองผ่านซอฟต์แวร์ฟิสิกส์อนุภาค ก่อนการปฏิบัติภารกิจ พบว่าระบบดังกล่าวสามารถคัดแยกอนุภาคอิเล็กตรอน โปรตอน และอนุภาคอัลฟา ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของพายุสุริยะได้อย่างมีประสิทธิภาพ แสดงให้เห็นว่าต่อให้ไม่ได้มีเครื่องตรวจจับอนุภาคที่ใหญ่เหมือนกับบนโลก เราก็ควรจะสามารถตรวจจับนิวตริโนในอวกาศได้
ศักราชใหม่ของการตรวจนิวตริโนจากนอกโลก
แม้เราจะอนุมานว่านิวตริโนแทบไม่ทำอันตรกิริยากับสิ่งใด ๆ เลย และไม่ว่าอยู่ที่ไหนบนโลกก็ควรจะตรวจจับมันได้ในปริมาณที่ใกล้เคียงหรือเท่ากัน แต่ในความเป็นจริง การตรวจจับนิวตริโนจากอวกาศโดยตรงก็มีข้อดีที่หลายประการ หนึ่งในนั้นคือการที่มันอยู่ใกล้กับแหล่งกำเนิดมากกว่าใต้พื้นดิน
การกระจายตัวของนิวตริโนนั้นเป็นไปตามกฎกำลังสองผกผัน (inverse square law) คล้ายกับการกระจายของแสง ยิ่งอยู่ห่างจากวัตถุต้นกำเนิดมากถึงใด ความหนาแน่นของนิวตริโนก็จะลดลงเป็นยกกำลังสอง หมายความว่ายิ่งเราพาดาวเทียมหรือยานอวกาศไปใกล้กับแหล่งต้นกำเนิดอย่างดวงอาทิตย์มากเท่าใด เราก็จะสามารถตรวจจับนิวตริโนได้มากขึ้นเท่านั้น
ดาวเทียม SNAPPY จะขึ้นไปทดสอบว่าเราสามารถตรวจพบนิวตริโนจากในอวกาศได้จริงหรือไม่ และอวกาศเหมาะแก่การตรวจจับนิวตริโนมากกว่าบนโลกมากเพียงใด นอกจากนี้ทีมนักวิทยาศาสตร์ต้องการพิสูจน์ว่าการใช้วัสดุเรืองแสงเพียงพอหรือไม่ต่อการตรวจจับนิวตริโนโดยไม่พึ่งอุปกรณ์อื่น
ข้อมูลทางวิศวกรรมที่ได้จากภารกิจ SNAPPY จะถูกนำไปพัฒนาต่อยอดในโครงการ νSOL (Neutrino Solar Orbiting Laboratory) ซึ่งเป็นโครงการดาวเทียมเพื่อการตรวจจับนิวตริโนตัวแรกในอวกาศ และนับว่าเป็นก้าวต่อไปของการศึกษานิวตริโนจากแหล่งกำเนิดที่มาจากดวงอาทิตย์และจากตำแหน่งที่ห่างไกลออกไป ความสามารถในการเพิ่มมุมมองการสังเกตนิวตริโนจากอวกาศโดยตรงอาจจะพาให้เราเข้าใกล้องค์ความรู้และวิทยาศาสตร์จากนิวตริโนได้มากกว่าที่เราเคยคาดเอาไว้
อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS
ที่มาข้อมูล : NASA
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech
